JPH05184868A - 燃焼排ガス中の炭酸ガスの除去方法 - Google Patents

燃焼排ガス中の炭酸ガスの除去方法

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賢治 小林
Kunihiko Yoshida
邦彦 吉田
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繁 下條
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ボイラの燃焼排ガス中に含まれるＣＯ2 を効
率よく除去する方法に関する。 【構成】 高圧タービン、中圧タービンおよび低圧ター
ビンを駆動する蒸気を発生させるボイラの燃焼排ガス中
のＣＯ2 をＣＯ2 吸収液で吸収除去し、除去されたＣＯ
2 を圧縮・冷却により液化して貯蔵すると共に、ＣＯ2
を吸収したＣＯ2 吸収液をリボイラを有するＣＯ2 吸収
液再生塔で再生する系において、高圧タービンの排出蒸
気の一部によりＣＯ2 の圧縮および冷却コンプレッサ用
タービンを駆動させ、さらにこれらコンプレッサ用ター
ビンの排出蒸気をＣＯ2 吸収液再生のためにリボイラに
加熱源として供給するようにした燃焼排ガス中のＣＯ2
の除去方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は火力発電所において、ボ
イラの燃焼排ガス中に含まれるＣＯ2 （二酸化炭素）を
効率よく除去し、回収する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、地球の温暖化現象の原因の一つと
して、ＣＯ2 による温室効果が指摘され、地球環境を守
る上で国際的にもその対策が急務となってきた。ＣＯ2
の発生源としては、化石燃料を燃焼させるあらゆる人間
の活動分野に及び、その排出規制が今後一層強化される
傾向にある。その対策の一つとして、大量の化石燃料を
使用する火力発電所の動力発生設備を対象に、ボイラの
燃焼排ガス中のＣＯ2 の回収方法および回収されたＣＯ
2 を大気へ放出することなく貯蔵する方法が精力的に研
究されている。
【０００３】ところで消費エネルギを少なくして、燃焼
排ガス中に含まれるＣＯ2 を除去し、回収するプロセス
として本願出願人は先に図３に例示するものを提案した
（特開平３−１９３１１６号公報）。
【０００４】図３において、ボイラ１よりのＣＯ2 を含
んだボイラ燃焼排ガスはボイラ燃焼排ガス送風機１４に
より昇圧された後、燃焼排ガス冷却器１５に送られ、冷
却水１６により冷却され、ＣＯ2 吸収塔１８に送られ、
冷却排水１７は系外に放出される。
【０００５】ＣＯ2 吸収塔１８において、燃焼排ガスは
アルカノールアミンをベースとする再生されたＣＯ2 吸
収液１９に交流接触し、燃焼排ガス中のＣＯ2 は化学反
応によりＣＯ2 吸収液１９に吸収される。ＣＯ2 を除去
された燃焼排ガス２１は系外へ放出される。ＣＯ2 を吸
収したＣＯ2 吸収液２０はリッチソルベントポンプ２２
により昇圧され、リッチ／リーンソルベント熱交換器２
３にて再生された吸収液にて加熱され、ＣＯ2 吸収液再
生塔２４に供給される。
【０００６】ＣＯ2 吸収液再生塔２４の下部において、
ＣＯ2 吸収液はリボイラ３０にて低圧タービン８より抽
気された低圧蒸気（４ｋｇ／ｃｍ2 絶対圧）１３にて加
熱される。水蒸気を伴ったＣＯ2 はＣＯ2 吸収液再生塔
２４の塔頂部よりオーバーヘッドコンデンサ２５へと導
かれる。リボイラ３０にて凝縮された低圧蒸気の凝縮水
はリボイラ復水ポンプ３２にて昇圧され、予熱されたボ
イラ給水と混合され、ボイラ給水を昇温してボイラ給水
はボイラ１へ供給される。
【０００７】ＣＯ2 吸収液再生塔２４より放出された水
蒸気を伴ったＣＯ2 はボイラ給水ポンプ１２より昇圧さ
れたボイラ給水をオーバーヘッドコンデンサ２５により
予熱した後、オーバーヘッドクーラ２６により冷され、
分離器２７で水を分離され、ＣＯ2 はライン２８により
別工程へ導かれて回収される。分離器２７により分離さ
れた水は凝縮水循環ポンプ２９によりＣＯ2 吸収液再生
塔２４に供給される。
【０００８】再生されたＣＯ2 吸収液はリーンソルベン
トポンプ３１にて昇圧され、リッチ／リーンソルベント
熱交換器２３にてＣＯ2 を吸収したＣＯ2 吸収液にて冷
却され、リーンソルベントクーラ３３にてさらに冷却さ
れてＣＯ2 吸収塔１８に供給される。
【０００９】一方ボイラ１により発生し、加熱された高
圧、高温蒸気２は高圧蒸気タービン３を駆動した後、高
圧蒸気タービン排気４としてボイラ１中の再加熱器５に
より加熱され、再加熱された中圧蒸気６として低圧ター
ビン８に送られる。
【００１０】低圧タービン８の低圧部より低圧タービン
抽気１３が行われ、リボイラ３０に供給される。低圧タ
ービン排気９は復水器１０にて凝縮され、凝縮水１１は
ボイラ給水ポンプ１２によりオーバーヘッドコンデンサ
２５に送られる。
【００１１】なお、ＣＯ2 を吸収するアルカノールアミ
ンとしてはモノエタノールアミン、ジエタノールアミ
ン、トリエタノールアミン、メチルジエタノールアミ
ン、ジイソプロパノールアミン、ジグリコールアミン等
が例示され、これらの各単独水溶液あるいはこれらの二
以上の混合水溶液をあげることができるが、通常モノエ
タノールアミン水溶液が好んで用いられる。
【００１２】上記方法の採用により、ＣＯ2 を除去しな
い場合に比べて発電効率の低下を招くものの、その程度
を低く抑えることが可能となった。すなわち、一例とし
て天然ガス焚き発電プラントボイラ燃焼排ガス中のＣＯ
2 を９０％除去する場合、リボイラ３０を加熱するため
の熱源を燃焼により得た場合に、発電プラントボイラ燃
焼熱量の１８．９％に相当する燃料を必要とする。この
ため、燃焼熱量に対する発電効率はＣＯ2 を除去しない
場合の３６．４％から３０．１％へと６．３％低下す
る。しかし、上記提案の方法により、低圧蒸気タービン
７より４ｋｇ／ｃｍ2 絶対圧の蒸気を抽気して、この蒸
気によりリボイラ３０を加熱し、この蒸気の凝縮水によ
りボイラ給水を加熱でき、さらにオーバーヘッドコンデ
ンサにてＣＯ2 吸収液再生塔よりの水蒸気を伴ったＣＯ
2 とボイラ給水との熱交換を行うことにより、ボイラ給
水加熱用の抽気を減らすことができる。そのため、低圧
蒸気タービンの軸動力が低下するものの、燃焼熱量に対
する発電効率は４．５％の低下にとどめることができ、
発電効率として１．８％の改善がてきた。同様にコンバ
インドサイクルガスタービンを採用した場合は、３．４
％の改善ができることを明らかにした。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】上記提案の方法を採用
することにより、ＣＯ2 除去・回収を伴う発電効率の低
下を一定程度抑えることができるが、さらに発電効率の
低下を小さくするような改善が切望されている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明者らはボイラから
排出される燃焼排ガス中に含まれるＣＯ2 を吸収除去
し、回収しながら発電を行う際の上記事情に鑑み、鋭意
検討した結果、リボイラの加熱蒸気源の採取方法を工夫
することにより、上記課題を解決できることを見いだし
本発明を完成するに至った。
【００１５】すなわち本発明は高圧タービン、中圧ター
ビンおよび低圧タービンを駆動する蒸気を発生させるボ
イラの燃焼排ガス中のＣＯ2 をＣＯ2 吸収液で吸収除去
し、除去されたＣＯ2 を圧縮・冷却により液化して貯蔵
すると共に、ＣＯ2 を吸収したＣＯ2 吸収液をリボイラ
を有するＣＯ2 吸収液再生塔で再生する系において、高
圧タービンの排出蒸気の一部によりＣＯ2 の圧縮および
冷却コンプレッサ用タービンを駆動させ、さらにこれら
コンプレッサ用タービンの排出蒸気をＣＯ2 吸収液再生
のためにリボイラに加熱源として供給することを特徴と
する燃焼排ガス中のＣＯ2 の除去方法である。
【００１６】またこの場合において、必要に応じて低圧
タービンから抽気した蒸気をＣＯ2 の圧縮および冷却コ
ンプレッサ用タービンの排出蒸気に加えることが好まし
い態様とするものである。以下、本発明を図によって詳
細に説明する。
【００１７】
【作用】図１および図２は本発明のＣＯ2 除去方法を例
示したプロセス図である。図１、図２では主要設備のみ
示し、付属設備は省略した。必要により、タンク類、バ
ルブ類、ポンプ類、熱交換器類などが設けられている。
また低、中および高圧タービンは通常２機を対にして設
置されるが、これも単独の記号で表し、それらに取り付
けられている発電機も省略している。なお、図３と同符
号の装置類は同じものを指す。
【００１８】図１の分離器２７で分離されたＣＯ2 はラ
イン２８により図２のコンプレッサ４２により圧縮され
冷却器４６により冷却される。続いて脱水工程４７にて
脱水される。脱水されたＣＯ2 は冷却器４８でさらに冷
却され、液化ＣＯ2 タンク５２に貯蔵される。図２の蒸
気タービン４３は冷媒を圧縮するためのコンプレッサ４
４を駆動するために設けられ、圧縮冷媒は熱交換器４９
で冷却されてドラム５０に受け入れられ、フラッシュバ
ルブ５１によりフラッシュ冷却されて冷却器４８に供給
される。このように図１の工程で吸収・除去されたＣＯ
2 を液体状態で回収し貯蔵するためには図２に例示する
ようにＣＯ2 の圧縮、冷却用のコンプレッサ４２、４４
が必要である。
【００１９】本発明においては、これらコンプレッサ用
蒸気タービンの蒸気源としてボイラ１の再加熱器５に戻
る高圧タービンの排気４の一部を用いる。すなわちこの
ために枝出しライン４０を設け、この蒸気を用いて図２
の蒸気タービン４１および４３を駆動する。排気４の使
用割合はプロセス全体の熱効率を最適化するように設定
されるが、通常１５〜２０％の範囲である。
【００２０】また本発明においては、これらのコンプレ
ッサを駆動するタービン４１、４３からの排出蒸気を前
記リボイラ３０の加熱源として用いることに特徴があ
る。
【００２１】リボイラ３０の加熱蒸気源としては本発明
の方法によらず、低圧または中圧タービンの排気または
抽気蒸気をＣＯ2 圧縮または冷却用タービンに供給し、
これらのタービンからの排気または抽気蒸気を用いる方
法も考えられる。しかし、リボイラ３０の加熱蒸気源の
温度としては約１５０℃であれば十分であり、これらの
蒸気は必要以上に高温加熱源（約２６０℃）であり、却
ってリボイラ３０内部の加熱チューブの表面温度が高く
なり、モノエタノールアミンの分解などを引き起こし好
ましくない。これらの蒸気を用いる場合は、例えば低圧
タービンの後流に設けられる復水器の凝縮水等と混合す
ることによって、むしろ冷却しなければならず、系全体
のエネルギバランス上最良とはいえない。本発明の方法
によれば、高圧タービンの排気（約２７０℃）を再加熱
せずに上記両タービンに用い、さらにその排気蒸気（通
常湿り蒸気となっている）をリボイラ３０に用いるの
で、圧力は３〜４ａｔａであり、温度も約１４０℃と比
較的低く、復水器の凝縮水で冷却する必要もなく、エネ
ルギの効果的な用い方である。
【００２２】なお、本発明ではリボイラ３０の加熱蒸気
源として、上記のように高圧タービンの排気を用いるの
で、比較的圧力が高いため蒸気量としては少なくて済
む。したがって、リボイラ３０の加熱に必要な蒸気量が
不足することも考えられる。その場合は図１に示すよう
に、低圧タービンの抽気蒸気５３をＣＯ2 の圧縮または
冷却コンプレッサ用タービンの排出蒸気に加え、リボイ
ラ３０の加熱蒸気として使用することが好ましい。
【００２３】
【実施例】発電能力６０万ＫＷのＬＮＧ焚き火力発電設
備に、図３のプロセスを採用した従来プロセスと本発明
の方法を採用したプロセス（図１，２）の発電量低減率
を表１以下に示す。表１から明らかなように、本発明の
方法を採用することにより、発電量を約２％改善するこ
とができる。
【表１】
【００２４】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
ればＣＯ2 除去・回収を伴う火力発電の発電効率の低下
をさらに抑えることができることとなった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＣＯ2 除去方法を例示したプロセス図
（一部）
【図２】本発明のＣＯ2 除去方法を例示したプロセス図
（一部）
【図３】従来のＣＯ2 除去方法を例示したプロセス図
フロントページの続き (72)発明者 堀田 善次 大阪府大阪市北区中之島３丁目３番22号 関西電力株式会社内 (72)発明者 小林 賢治 大阪府大阪市北区中之島３丁目３番22号 関西電力株式会社内 (72)発明者 吉田 邦彦 兵庫県尼崎市若王寺３丁目11番20号 関西 電力株式会社総合技術研究所内 (72)発明者 下條 繁 兵庫県尼崎市若王寺３丁目11番20号 関西 電力株式会社総合技術研究所内 (72)発明者 唐崎 睦範 東京都千代田区丸の内二丁目５番１号 三 菱重工業株式会社本社内 (72)発明者 飯島 正樹 東京都千代田区丸の内二丁目５番１号 三 菱重工業株式会社本社内 (72)発明者 瀬戸 徹 広島県広島市西区観音新町四丁目６番22号 三菱重工業株式会社広島研究所内 (72)発明者 光岡 薫明 広島県広島市西区観音新町四丁目６番22号 三菱重工業株式会社広島研究所内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 高圧タービン、中圧タービンおよび低圧
    タービンを駆動する蒸気を発生させるボイラの燃焼排ガ
    ス中のＣＯ2 をＣＯ2 吸収液で吸収除去し、除去された
    ＣＯ2 を圧縮・冷却により液化して貯蔵すると共に、Ｃ
    Ｏ2 を吸収したＣＯ2 吸収液をリボイラを有するＣＯ2
    吸収液再生塔で再生する系において、高圧タービンの排
    出蒸気の一部によりＣＯ2 の圧縮および冷却コンプレッ
    サ用タービンを駆動させ、さらにこれらコンプレッサ用
    タービンの排出蒸気をＣＯ2 吸収液再生のためにリボイ
    ラに加熱源として供給することを特徴とする燃焼排ガス
    中のＣＯ2 の除去方法。
  2. 【請求項２】 請求項１において、低圧タービンから抽
    気した蒸気をＣＯ2 の圧縮または冷却コンプレッサ用タ
    ービンの排出蒸気に加えることを特徴とする燃焼排ガス
    中のＣＯ2 の除去方法。
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